CN102689070A - Led晶片共晶焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种LED晶片共晶焊接设备，包括有加热装置、驱动控制系统、电源配置箱体、焊接工作台、设置在所述焊接工作台前部中间位置的共晶焊接平台；分别围绕所述共晶焊接平台两侧和后方设置的支架供给装置和晶片供给装置；设置在所述共晶焊接平台上方的助焊剂供给装置；设置在所述共晶焊接平台上的氮气冷却装置；设置在所述共晶焊接平台的一侧的脉冲电流加热装置，设置在所述共晶焊接平台内部的恒温电流加热装置。本发明加热速度快、焊接精度高，且可使焊接后的LED晶片具有更好的导热效果。

Description

LED晶片共晶焊接设备

技术领域

本发明涉及LED晶片制造技术，尤其涉及一种LED晶片共晶焊接设备。

背景技术

共晶焊接技术在电子封装行业具有广泛的应用，如晶片与基板的粘接、基板与管壳的粘接、管壳封帽等等。与传统的环氧导电胶粘接相比，共晶焊接具有热导率高、热阻低、传热快、可靠性强、粘接后强度大的优点，适用于高频、大功率器件中晶片与基板、基板与管壳的互联。

随着LED技术的高速发展，LED晶片及封装越来越向大功率和集成方向发展，传统的银胶粘接工艺已经很难满足LED晶片的焊接工艺要求，因而，越来越多的LED封装厂家开始尝试其他更先进的焊接工艺来实现LED晶片与支架的粘接，其中，共晶焊接技术被普通认为具有很好的应用前景。

然而，由于LED晶片的共晶熔点大约在300℃以上，而现有技术的LED晶片共晶焊接设备一般采用热风回流炉作为加热装置，这种加热装置加热速度慢、且加热能够达到的最高温度比较低。另外，现有技术中还有采用红外焊接技术的方案，这种方案虽然有热源控制方便、容易控制加热温度上升速度的优点，但也存在很多缺点，如更多的感光点会被遮蔽、较少的统一加热、元件和PCB质量的不同会影响加热效果、温差较大等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种LED晶片共晶焊接设备，该设备加热速度快、焊接精度高，且可使焊接后的LED晶片具有更好的导热效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种LED晶片共晶焊接设备，包括有加热装置、电源配置箱体、和驱动控制系统，还包括有：

共晶焊接平台；

设置在所述焊接工作台前部中间位置，用于放置待焊接的晶片和支架的共晶焊接平台；

分别围绕所述共晶焊接平台两侧和后方设置，用于将待焊接支架搬运到所述共晶焊接平台上的支架供给装置和用于将待焊接的晶片搬运到位于所述共晶焊接平台的待焊接支架上的晶片供给装置；

设置在所述共晶焊接平台上方，用于在位于所述共晶焊接平台的待焊接支架表面点印焊接剂的焊接剂供给装置；

设置在所述共晶焊接平台上，用于对所述加热装置加热焊接后的晶片焊接完成品进行冷却降温的氮气冷却装置；

所述加热装置包括有：

设置在所述共晶焊接平台的一侧，用于通过产生脉冲电流对所述待焊接的晶片从上往下进行加热，使所述晶片和支架共晶溶解后固定粘接的脉冲电流加热装置；

设置在所述共晶焊接平台内部，用于同时对待焊接的支架从下往上进行恒温加热热，使所述晶片和支架共晶溶解后固定粘接的恒温加热装置。

优选地，该设备还包括有：

视觉定位系统，用于对待焊接支架进行视觉定位处理，确认待焊接支架的位置，并判定待焊接支架外观，剔除定位不准的不良品。

优选地，所述视觉识别系统具体包括有：

光学尺寸检测装置，设置在所述共晶焊接平台的上方，用于通过上方设置的检测定位摄像头对待焊接的支架表面尺寸进行视觉定位检测，并拍摄定位图像；

图像处理单元，与所述光学尺寸检测装置相连，用于对所述光学尺寸检测装置拍摄的定位图像进行图像处理，通过利用预设的多值化标准图像与拍摄的定位图像进行对比，计算待焊接的支架的定位准确率；

识别处理单元，与所述图像处理单元相连，用于判断所述定位准确率是否达到预设的标准，若是，则向所述加热装置发送启动信号，否则，将所述待焊接的晶片和/或支架作为不良品处理。

优选地，所述脉冲电流加热装置具体包括有：

焊接吸嘴；

与所述焊接吸嘴连接，用于通过产生脉冲电流使所述焊接吸嘴即时升温到焊接所需温度的脉冲电流产生单元；

与所述脉冲电流产生单元和恒温电流加热装置相连，对其进行阶梯式脉冲恒温控制的加热温度控制单元；

优选地，所述晶片供给装置具体包括有：

设置在所述共晶焊接平台的一侧，具有晶片载体定位孔的晶片供给台；

设置在所述晶片载体定位孔下方的晶片顶取部；

设置在所述晶片载体定位孔上方的晶片材料识别部；

设置在所述晶片供给台和共晶焊接平台之间的晶片角度校正装置；

设置在所述晶片供给台上方，端部具有吸嘴的晶片搬运机械臂，用于将该吸嘴吸取到的晶片搬运至所述晶片角度校正装置或共晶焊接平台。

优选地，所述晶片角度校正装置具体包括有：

设置在所述晶片供应台和共晶焊接平台之间的校正台，所述校正台上具有呈T型设置的三个限位条，该三个限位条的交点处留出晶片放置位；

所述晶片搬运机械臂具体包括有：

一次晶片搬运臂，用于将所述吸嘴吸取到的晶片从晶片载体位置搬运到校正台上等待角度校正；

二次晶片搬运臂，与所述一次晶片搬运臂并排设置，用于将角度校正后的晶片从校正台上搬运至共晶焊接平台上。

优选地，所述支架供给装置具体包括有：

设置在所述共晶焊接平台的另一侧，用于放置支架托盘的支架供给台；

设置在所述支架供给台上方，端部具有支架爪钩的支架搬运机械臂，用于将支架托盘内的支架搬运至所述共晶焊接平台上。

优选地，所述焊接剂供给装置具体包括有：

设置在所述共晶焊接平台上方的点胶筒；

与所述点胶筒连接的点胶机械臂。

优选地，所述脉冲电流加热装置设置在所述二次晶片搬运臂上，所述二次晶片搬运臂下部设置所述焊接吸嘴。

优选地，所述晶片供给部和共晶焊接平台均通过XY工作台设置在所述焊接工作台上。

本发明的有益效果是：

本发明的实施例通过利用脉冲电流加热装置产生脉冲电流达到瞬间升温，并通过焊接吸嘴导热到LED晶片表面，同时对芯片下部采用恒温加热，使晶片底部的金锡成分的焊接剂与底座材料共晶溶解达到固定粘接，将LED晶片和支架焊接在一起，实现LED晶片共晶焊接的效果，从而使焊接完成后的LED晶片达到了更好的导热效果，且大大加快了加热速度、焊接时间、提高了共晶精度、生产效率。

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明的LED晶片共晶焊接设备一个实施例的外观示意图。

图2是本发明的LED晶片共晶焊接设备一个实施例中设置在焊接工作台上的部件结构图。

图3是本发明的LED晶片共晶焊接设备一个实施例中晶片供给装置的立体结构图。

图4是本发明的LED晶片共晶焊接设备一个实施例中支架供给装置的立体结构图。

图5是本发明的LED晶片共晶焊接设备一个实施例中视觉定位系统的立体结构图。

图6是本发明的LED晶片共晶焊接设备一个实施例中助焊剂供给装置的立体结构图。

图7是本发明的LED晶片共晶焊接设备一个实施例中加热装置的立体结构图。

具体实施方式

下面参考图1-图7详细描述本发明的LED晶片共晶焊接设备的一个实施例；如图1所示，本实施例主要包括有机身1000，机身1000主要包括底部箱体101、上部箱体102，底部箱体102内设有电源配置箱体(图中未示出)、底部箱体102上设有焊接工作台100，上部箱体102顶板上设置有散热风扇103、报警灯104。

另外，请参考图2，上部箱体102内设有：

驱动控制系统(图中未示出)，主要包括伺服驱动系统和单片机控制系统；

设置在所述焊接工作台100前部中间位置，用于放置待焊接的晶片和支架的共晶焊接平台10；

分别围绕所述共晶焊接平台10两侧和后方设置，用于将待焊接支架搬运到所述共晶焊接平台10上的支架供给装置2和用于将待焊接的晶片搬运到位于共晶焊接平台10的待焊接支架上的晶片供给装置1；

视觉定位系统3，用于对待搬运或待焊接支架和晶片进行视觉定位处理，剔除定位不准的不良品；

设置在所述共晶焊接平台10上方，用于在位于共晶焊接平台10上的待焊接支架表面点印焊接剂的焊接剂供给装置4；

加热装置5；

设置在所述共晶焊接平台10上，用于对所述加热装置5加热焊接后的晶片焊接完成品进行冷却降温的氮气冷却装置(图中未示出)。

请参考图3，具体实现时，所述晶片供给装置1具体包括有：

设置在所述共晶焊接平台10的一侧，具有晶片载体定位孔10的晶片供给台11；

设置在所述晶片载体定位孔10下方的晶片顶取部12；

设置在所述晶片载体定位孔10上方的晶片材料识别部121；

设置在所述晶片供给台11和共晶焊接平台10之间的晶片角度校正装置13；

设置在所述晶片供给台11上方，端部具有吸嘴的晶片搬运机械臂，用于将吸嘴吸取到的晶片搬运至所述晶片角度校正装置13或共晶焊接平台10。

进一步地，所述晶片角度校正装置13具体包括有：

设置在所述晶片供应台11和共晶焊接平台10之间的校正台131，校正台31上具有呈T型设置的三个限位条132，该三个限位条132的交点处留出晶片放置位；

进一步地，所述晶片搬运机械臂具体包括有：

一次晶片搬运臂151，用于将吸嘴吸取到的晶片从晶片载体位置搬运到校正台131上等待角度校正；

二次晶片搬运臂152，与所述一次晶片搬运臂151并排设置，用于将角度校正后的晶片从校正台131上搬运至共晶焊接平台10上。

请参考图4，具体实现时，所述支架供给装置2具体包括有：

设置在共晶焊接平台10的另一侧，用于放置支架托盘的支架供给台21；

设置在所述支架供给台21上方，端部具有支架爪钩22的支架搬运机械臂23，用于将支架托盘800内的支架搬运至共晶焊接平台10上。

本实施例的支架供给装置2除可正向动作完成支架的供给之外，还可逆向动作实现焊接完成品的收纳功能。

请参考图5，具体实现时，所述视觉识别系统3具体包括有：

光学尺寸检测装置31，设置在所述共晶焊接平台10上方，用于通过上方设置的检测定位摄像头310对待焊接的支架表面尺寸进行视觉定位检测，并拍摄定位图像；

图像处理单元(图中未示出)，与所述光学尺寸检测装置相连，用于对所述光学尺寸检测装置拍摄的定位图像进行图像处理，通过利用预设的多值化标准图像与拍摄的定位图像进行对比，计算待焊接的支架的定位准确率；

识别处理单元(图中未示出)，与所述图像处理单元相连，用于判断所述定位准确率是否达到预设的标准，若是，则向所述加热装置发送启动信号，否则，将所述待焊接的晶片和/或支架作为不良品处理，其中，所述预设的标准可以是90％以上，以98％为最佳。

请参考图6，具体实现时，所述焊接剂供给装置4具体包括有：

设置在所述共晶焊接平台10上方的点胶筒41；

与所述点胶筒41连接的点胶机械臂42。

请参考图7，具体实现时，所述加热装置5具体包括有：

设置在所述共晶焊接平台10的一侧，用于通过产生脉冲电流对所述待焊接的晶片从上往下进行加热，使所述晶片和支架共晶溶解后固定粘接的脉冲电流加热装置51；

设置在所述共晶焊接平台10内部，用于同时对待焊接的支架从下往上进行恒温加热热，使所述晶片和支架共晶溶解后固定粘接的恒温加热装置(图中未示出)。

进一步地，所述脉冲电流加热装置51具体包括有：

焊接吸嘴511，焊接吸嘴511可为平头吸嘴、锥形真空吸嘴、木屐式真空吸嘴、机械式吸嘴、或其它特殊吸嘴等；

与所述焊接吸嘴511连接，用于通过产生脉冲电流使焊接吸嘴511即时升温到焊接所需温度的脉冲电流产生单元(图中未示出)；

与所述脉冲电流产生单元和恒温电流加热装置相连，对其进行阶梯式脉冲恒温控制的加热温度控制单元(图中未示出)。

更进一步地，脉冲电流加热装置51可设置在所述晶片供给装置1的二次晶片搬运臂152上，二次晶片搬运臂152下部的吸嘴采用所述焊接吸嘴511。

另外，所述氮气冷却装置也设置在所述脉冲电流加热装置5内部，与所述焊接吸嘴51相连。当所述脉冲电流产生单元加热完成时，通过电磁阀切换到所述氮气冷却装置工作，通过焊接吸嘴51向晶片和支架喷吹氮气，可使其迅速冷却到常温。

作为本发明的一个最佳实施方式，所述晶片供给台11、共晶焊接平台10均通过XY工作台1001固定在焊接工作台100上，从而实现可沿X、Y轴向移动的功能。

另外，本实施例还可包括有设置在上部箱体102内上部的系统检测单元105，用于检测显示系统的工作状态，如晶片吸取检测显示单元、支架夹取检测显示单元、支架定位检测显示单元、真空检测显示单元、预热温度检测显示单元、加热温度检测显示单元、冷却温度检测显示单元、氮气流量检测显示单元、空气流量监测显示单元等。

另外，本实施例还包括有设置在所述系统检测单元105和上部箱体102的顶板之间的若干人机对话界面。具体实现时，所述人机对话界面可包括：视觉识别显示界面30、系统设置界面20、系统监视装置40等。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、利用脉冲电流加热装置产生脉冲电流达到瞬间升温，并通过焊接吸嘴导热到LED晶片表面，使晶片底部的金锡成分的焊接剂与底座材料能瞬间达到共晶溶解后固定粘接，这种方式焊接后的LED晶片能达到更好的导热效果且脉冲电流加热可达到瞬间(数秒钟内)实现从常温到500℃的加温技术：从上料、下料、焊接、至完成品的作业时间可控制在8.5秒/个；可在3-4秒内，实现温度从350℃到200℃的转换，加热时间可控制在2-3秒内(含焊接时间)；冷却时间可控制在1秒之内；

通过上下供热方式能同时实现批量(或者模组式)封装晶片，并且由于高温部分在集中在焊接吸嘴上，能实现在模组化生产LED封装时不会影响到周围的LED晶片。

2、采用高精度视觉补正系统，棱镜式上下目标定位、确保两个物体叠加率在98％以上，保证LED晶片与底座的吻合精度，可投入倒装晶片，晶片双电极倒装，，取代目前需要金线焊接来导通LED提供电源的方式。

3、利用晶片角度补正装置对从晶片载体(蓝膜)吸取的晶片进行独立的角度修正，确保每粒晶片与陶瓷支架在焊接时吻合率达到100％。

本发明也可适用于传统的银浆固晶和锡浆固晶等技术，可涵盖使用银浆、锡浆、锡铜、金锡等不同固晶方式和共晶合金材料，只需要简单对窗口程序调整参数或更换小部分配件即能实现多用途。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种LED晶片共晶焊接设备，包括有加热装置、驱动控制系统、和电源配置箱体，其特征在于，还包括有：

焊接工作台；

设置在所述焊接工作台前部中间位置，用于放置待焊接的晶片和支架的共晶焊接平台；

分别围绕所述共晶焊接平台两侧和后方设置，用于将待焊接支架搬运到所述共晶焊接平台上的支架供给装置和用于将待焊接的晶片搬运到位于所述共晶焊接平台的待焊接支架上的晶片供给装置；

设置在所述共晶焊接平台上方，用于在位于所述共晶焊接平台的待焊接支架表面点印助焊剂的焊接剂供给装置；

设置在所述共晶焊接平台上方，用于对所述加热装置加热焊接后的晶片焊接完成品进行冷却降温的氮气冷却装置；

所述加热装置包括有：

设置在所述共晶焊接平台的一侧，用于通过产生脉冲电流对所述待焊接的晶片从上往下进行加热，使所述晶片和支架共晶溶解后固定粘接的脉冲电流加热装置；

设置在所述共晶焊接平台内部，用于同时对待焊接的支架从下往上进行恒温加热热，使所述晶片和支架共晶溶解后固定粘接的恒温加热装置。

2.一种LED晶片共晶焊接设备，其特征在于，该设备还包括有：

视觉定位系统，用于对待焊接支架进行视觉定位处理，确认待焊接支架的位置，并判定待焊接支架外观，剔除定位不准的不良品。

3.如权利要求2所述的LED晶片共晶焊接设备，其特征在于，所述视觉识别系统具体包括有：

光学尺寸位置检测装置，设置在所述共晶焊接平台的上方，用于通过上方设置的检测定位摄像头对待焊接的支架表面尺寸进行视觉定位检测，并拍摄定位图像；

图像处理单元，与所述光学尺寸检测装置相连，用于对所述光学尺寸检测装置拍摄的定位图像进行图像处理，通过利用预设的多值化标准图像与拍摄的定位图像进行对比，计算待焊接的支架的定位准确率；

识别处理单元，与所述图像处理单元相连，用于判断所述定位准确率是否达到预设的标准，若是，则向所述加热装置发送启动信号，否则，将所述待焊接的晶片和/或支架作为不良品处理。

4.如权利要求1-3中任一项所述的LED晶片共晶焊接设备，其特征在于，所述脉冲电流加热装置具体包括有：

焊接吸嘴；

与所述焊接吸嘴连接，用于通过产生脉冲电流使所述焊接吸嘴即时升温到焊接所需温度的脉冲电流产生单元；

与所述脉冲电流产生单元和恒温加热装置相连，对其进行阶梯式脉冲恒温控制的加热温度控制单元。

5.如权利要求4所述的LED晶片共晶焊接设备，其特征在于，所述晶片供给装置具体包括有：

设置在所述共晶焊接平台的一侧，具有晶片载体定位孔的晶片供给台；

设置在所述晶片载体定位孔下方的晶片顶取部；

设置在所述晶片载体定位孔上方的晶片材料识别部；

设置在所述晶片供给台和共晶焊接平台之间的晶片角度校正装置；

设置在所述晶片供给台上方，端部具有吸嘴的晶片搬运机械臂，用于将该吸嘴吸取到的晶片搬运至所述晶片角度校正装置或共晶焊接平台。

6.如权利要求5所述的LED晶片共晶焊接设备，其特征在于，

所述晶片角度校正装置具体包括有：

设置在所述晶片供应台和共晶焊接平台之间的校正台，所述校正台上具有呈T型设置的三个限位条，该三个限位条的交点处留出晶片放置位；

所述晶片搬运机械臂具体包括有：

一次晶片搬运臂，用于将所述吸嘴吸取到的晶片从晶片载体位置搬运到校正台上等待角度校正；

二次晶片搬运臂，与所述一次晶片搬运臂并排设置，用于将角度校正后的晶片从校正台上搬运至共晶焊接平台上。

7.如权利要求6所述的LED晶片共晶焊接设备，其特征在于，所述支架供给装置具体包括有：

设置在所述共晶焊接平台的另一侧，用于放置支架托盘的支架供给台；

设置在所述支架供给台上方，端部具有支架爪钩的支架搬运机械臂，用于将支架托盘内的支架搬运至所述共晶焊接平台上。

8.如权利要求7所述的LED晶片共晶焊接设备，其特征在于，所述焊接剂供给装置具体包括有：

设置在所述共晶焊接平台上方的点胶筒；

与所述点胶筒连接的点胶机械臂。

9.如权利要求8所述的LED晶片共晶焊接设备，其特征在于：所述脉冲电流加热装置设置在所述二次晶片搬运臂上，所述二次晶片搬运臂下部设置所述焊接吸嘴。

10.如权利要求9所述的LED晶片共晶焊接设备，其特征在于：所述晶片供给部和共晶焊接平台均通过XY工作台设置在所述焊接工作台上。

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